炳靈水電站調(diào)速器導(dǎo)葉主配拒動(dòng)信號改造

高慶磊

【摘 要】炳靈水電站是黃河龍青段梯級第十三座水電站，以發(fā)電為主，兼有一定的灌溉、供水、發(fā)展旅游及改善環(huán)境等綜合利用效益。由于在甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速大于115%Ne就會(huì)誤啟動(dòng)事故停機(jī)流程，通過反復(fù)研究、調(diào)整方案，最終解決了誤停機(jī)的問題，文章主要介紹了解決上述問題的過程及效果。

【關(guān)鍵詞】炳靈水電站；主配拒動(dòng)；改造

中圖分類號： TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0092-002

The Technological Remoulding of Bingling Hydropower Station Speed Governor Guide Vane Main Distributing Valve Malfunction Signal

GAO Qing-lei

（Gansu Electric Power Investment Bingling Hydropower Development CO，LTD.Yongjing Gansu 731600，China）

【Abstract】Bingling hydropower station is the thirteenth one of the cascade hydropower stations in the Yellow River Longqing section.It is a generation-based hydropower station，with irrigation， water supply，tourism development and environmental improvement functions.During load rejection test process，it is found that if the speed is greater than 115%Ne，accident shutdown process will be started wrongly.After repeated research and program adjustment，the paper has given the solution to this problem and the implementation effect.

【Key words】Bingling hydropower Station；Main Distributing Valve malfunction；Technological remoulding

0 概述及存在的問題

炳靈水電站位于甘肅省永靖縣炳靈寺石窟上游的黃河干流上，是一座總裝機(jī)容量240MW的中型水電站，是黃河龍青段梯級第十三座水電站，電站以發(fā)電為主，兼有一定的灌溉、供水、發(fā)展旅游及改善環(huán)境等綜合利用效益。平均年發(fā)電量9.74億kW·h，水輪發(fā)電機(jī)采用5臺單機(jī)容量為48MW的燈泡式貫流水輪發(fā)電機(jī)組。

水輪發(fā)電機(jī)組的過速事故的危害是非常大的，過速的時(shí)候巨大的離心力可能會(huì)造成機(jī)組的振動(dòng)、擺度急劇增大，甚至有可能會(huì)使得機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分碰撞，造成水輪發(fā)電機(jī)組嚴(yán)重?fù)p失。為了防止機(jī)組過速事故發(fā)生，炳靈水電站設(shè)置了三級過速保護(hù)：轉(zhuǎn)速大于115%Ne且主配拒動(dòng)，轉(zhuǎn)速大于160%Ne，機(jī)械過速（圖拉博過速保護(hù)裝置），三級保護(hù)都會(huì)通過水機(jī)保護(hù)回路啟動(dòng)事故停機(jī)流程。

一級過速保護(hù)：機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速且主配拒動(dòng)。正常甩負(fù)荷的情況下，調(diào)速器會(huì)通過主配控制導(dǎo)葉開度使機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)入空轉(zhuǎn)態(tài)。而只在轉(zhuǎn)速大于115%Ne且主配未正常動(dòng)作的情況下，才會(huì)通過水機(jī)保護(hù)回路啟動(dòng)事故停機(jī)流程。

炳靈水電站在每臺機(jī)組檢修結(jié)束做甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，只要轉(zhuǎn)速大于115%Ne，無論導(dǎo)葉主配處于何種狀態(tài)，都會(huì)引起水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作啟動(dòng)事故停機(jī)流程，最終導(dǎo)致停機(jī)，無法驗(yàn)證調(diào)速器調(diào)節(jié)性能；后來只能在甩負(fù)荷試驗(yàn)之前臨時(shí)將接入監(jiān)控LCU柜的115%Ne信號線甩開；而在機(jī)組日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)甩負(fù)荷時(shí)，只要轉(zhuǎn)速大于115%Ne就會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。

1 首次改造、試驗(yàn)過程試驗(yàn)過程

1.1 檢查分析原因

通過對甩負(fù)荷試驗(yàn)觀察和檢查發(fā)現(xiàn)，造成停機(jī)的原因是“主配拒動(dòng)”信號誤動(dòng)作。

主配拒動(dòng)信號通過安裝在主配壓閥扁擔(dān)旁邊的微動(dòng)開關(guān)送出，如圖1所示，主要根據(jù)扁擔(dān)的上、下位置變化來引起微動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)變化，從而反映主配狀態(tài)。導(dǎo)葉主配正常運(yùn)行不調(diào)節(jié)時(shí)處于復(fù)中位置，主配拒動(dòng)信號應(yīng)動(dòng)作，若主配往關(guān)向動(dòng)作（下壓），該接點(diǎn)打開，主配拒動(dòng)信號消失。

1.2 第一次改造方法

2012年1#機(jī)組A修結(jié)束啟動(dòng)試驗(yàn)過程中，與廠家人員、專家進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)主配拒動(dòng)微動(dòng)開關(guān)接線選擇了常開接點(diǎn)，因此若主配關(guān)向運(yùn)動(dòng)時(shí)接點(diǎn)就會(huì)閉合，如圖2所示；而機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速瞬間上升，為了穩(wěn)定機(jī)組導(dǎo)葉主配壓閥肯定會(huì)關(guān)，這樣兩個(gè)接點(diǎn)同時(shí)閉合，就會(huì)使水機(jī)保護(hù)回路導(dǎo)通啟動(dòng)事故停機(jī)流程。

分析認(rèn)為，如果將接點(diǎn)換為閉接點(diǎn)，主配向下關(guān)時(shí)使主配拒動(dòng)接點(diǎn)打開，應(yīng)該就能解決誤停機(jī)的問題，因此將微動(dòng)開關(guān)接線做了調(diào)整，由常開接點(diǎn)換成了常閉接點(diǎn)，如圖3所示：

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

但1#機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%以后仍然啟動(dòng)了事故停機(jī)流程，而且后續(xù)其它機(jī)組試驗(yàn)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%以后也導(dǎo)致了事故停機(jī)。

調(diào)整修改失敗的原因分析：

如圖4所示，甩負(fù)荷瞬間（圖中①點(diǎn)），機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，為了將轉(zhuǎn)速拉回額定，導(dǎo)葉開始關(guān)，主配往關(guān)向下壓，主配拒動(dòng)接點(diǎn)打開、信號消失，最終導(dǎo)葉會(huì)關(guān)至接近全關(guān)位置；但調(diào)速器為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速從上升最高點(diǎn)開始下降后，導(dǎo)葉會(huì)重新打開（圖中②點(diǎn)），主配先復(fù)中后會(huì)往開向上抬，主配拒動(dòng)接點(diǎn)會(huì)重新閉合，若此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速仍然大于115%Ne，條件滿足水機(jī)保護(hù)回路仍然會(huì)啟動(dòng)導(dǎo)致停機(jī)。endprint

因此，在機(jī)組轉(zhuǎn)速超過115%這段時(shí)間內(nèi)，無論微動(dòng)開關(guān)接開接點(diǎn)還是閉接點(diǎn)，主配拒動(dòng)信號都可能會(huì)動(dòng)作，通過微動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)信號無法正確反映主配拒動(dòng)狀態(tài)。

2 第二次改造、試驗(yàn)過程

2.1 第二次改造

從主配拒動(dòng)信號定義來說，拒動(dòng)是反映主配壓閥在收到開、關(guān)令需要其動(dòng)作而主配壓閥不動(dòng)的現(xiàn)象，因此改造的思路主要從這個(gè)角度入手。經(jīng)過與廠家設(shè)計(jì)、調(diào)試人員探討，通過微動(dòng)開關(guān)、接近開關(guān)的外部裝置無法準(zhǔn)確報(bào)出主配拒動(dòng)信號，需要通過調(diào)速器PLC控制程序判斷，程序判據(jù)描述如下：

條件1：導(dǎo)葉控制把手“機(jī)手動(dòng)”位置，直接輸出主配拒動(dòng)信號。

條件2：導(dǎo)葉位移反饋斷線，直接輸出主配拒動(dòng)信號。

條件3：導(dǎo)葉不跟隨電氣控制信號關(guān)+延時(shí)1s。即由于發(fā)卡或其他原因，導(dǎo)葉實(shí)際開度與導(dǎo)葉控制輸出信號之間差值過大，就判斷為導(dǎo)葉主配拒動(dòng)。但由于導(dǎo)葉調(diào)整開度時(shí)，控制輸出與實(shí)際開度之間本身就會(huì)有差值，延時(shí)1s是為了防止主配拒動(dòng)信號誤報(bào)。

如果機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%Ne，以上三種條件滿足任何1個(gè)，就會(huì)啟動(dòng)水機(jī)保護(hù)回路走事故停機(jī)流程。

2.2 模擬試驗(yàn)：

條件1和條件2試驗(yàn)方法簡單，效果明顯，不做詳細(xì)描述，重點(diǎn)說明條件3的試驗(yàn)過程，分為兩種情況試驗(yàn)（以下試驗(yàn)均在機(jī)組尾水閘門落下的情況下進(jìn)行）：

2.2.1 導(dǎo)葉開度跟隨控制命令變化時(shí)，不應(yīng)報(bào)出主配拒動(dòng)信號。

目的：機(jī)組甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速大于115%Ne時(shí)，若導(dǎo)葉已開始回關(guān)，不應(yīng)啟動(dòng)事故停機(jī)流程。

試驗(yàn)過程：導(dǎo)葉控制把手放“電手動(dòng)”，電氣開限設(shè)置為80%，將導(dǎo)葉開度從50%設(shè)置為5%，導(dǎo)葉關(guān)閉到5%后再將開度設(shè)置為15%，模擬甩負(fù)荷過程中導(dǎo)葉先關(guān)、后開的過程，在各臺機(jī)組試驗(yàn)過程中均沒有主配拒動(dòng)信號報(bào)出。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了要求。

2.2.2 導(dǎo)葉開度不跟隨控制命令變化時(shí)，延時(shí)報(bào)出主配拒動(dòng)信號。

目的：機(jī)組甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速大于115%時(shí)，若導(dǎo)葉發(fā)卡或不受控制，應(yīng)啟動(dòng)事故停機(jī)流程。

試驗(yàn)過程：導(dǎo)葉開到50%開度，導(dǎo)葉控制把手放“機(jī)手動(dòng)”，拔出導(dǎo)葉比例閥驅(qū)動(dòng)模塊，導(dǎo)葉控制把手放“電手動(dòng)”，設(shè)置開度給定值使開度增加或減少，由于比例閥不工作，導(dǎo)葉無法打開或關(guān)閉，可報(bào)出主配拒動(dòng)信號。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了要求。

2.3 機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)：

2016年1月份，炳靈水電站2號機(jī)組A級檢修啟動(dòng)試驗(yàn)過程中，甩25%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到了115.7%，甩50%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到了128.5%，均未啟動(dòng)事故停機(jī)流程，而是正常將機(jī)組調(diào)整到了空轉(zhuǎn)狀態(tài)，驗(yàn)證了調(diào)速器的性能，改造的效果達(dá)到了要求。

3 結(jié)語

本次主配拒動(dòng)信號改造從根本上解決了主配拒動(dòng)信號誤動(dòng)、誤報(bào)的問題，避免了由于信號誤動(dòng)而導(dǎo)致水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作停機(jī)，特別是在線路停電導(dǎo)致全廠停電、機(jī)組全停的情況下，對全廠設(shè)備安全運(yùn)行可以起到很大的保障，在貫流式、徑流式水電站中有很好的推廣價(jià)值：

3.1 徹底消除了機(jī)組運(yùn)行過程中主配拒動(dòng)信號誤動(dòng)、誤報(bào)的問題，為運(yùn)行人員判斷機(jī)組狀態(tài)提供正確、可靠的依據(jù)，避免了由于誤判而導(dǎo)致對機(jī)組狀態(tài)判斷失誤的現(xiàn)象。

3.2 線路停電、甩負(fù)荷后在機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速后不會(huì)導(dǎo)致停機(jī)，使機(jī)組保持在空載狀態(tài)運(yùn)行，就能通過機(jī)組迅速恢復(fù)廠用電，避免了通過柴油發(fā)電機(jī)帶廠用和黑啟動(dòng)的危險(xiǎn)，也能在線路恢復(fù)送電后盡快使機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。

3.3 全廠停電、機(jī)組甩負(fù)荷后，庫水位會(huì)迅速上漲，特別是對徑流式水電站，如果不能保證及時(shí)提閘門泄水，很可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生漫壩、水淹廠房事故。而機(jī)組不停機(jī)、空載運(yùn)行可以保持一定流量的過水，延緩庫水位上漲趨勢，為提閘門泄水爭取寶貴的時(shí)間。而且通過快速恢復(fù)廠用電以后，就能為閘門啟閉設(shè)備提供充足的電源，保證迅速開啟閘門泄水，避免上游水位上漲過快，能減少水淹大壩、水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)，在貫流式、徑流式水電站中有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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